Ausgehend von der Prämisse, dass kein physikalisches Objekt – unabhängig von seiner Größe oder Natur – innerhalb der Raumzeit dieselbe Koordinate wie ein anderes Objekt einnehmen kann, lade ich Sie, liebe Leserinnen und Leser, zu ein paar Gedankenexperimenten ein.
Stellen wir uns vor, wir beobachten ein Teilchen, das sich einem Schwarzen Loch nähert. Ein Schwarzes Loch ist das Endstadium einer kollabierten Sonne, deren Masse sich zu einer Schwerkraftsingularität verdichtet hat und deren Anziehungskraft so groß ist, dass selbst Licht nicht mehr entkommen kann. Dank der Arbeiten von Stephen Hawking wissen wir, dass ein Schwarzes Loch nicht einfach „Materie verschluckt“, sondern durch quantenmechanische Prozesse an seinem Ereignishorizont Strahlung emittiert – die sogenannte Hawking-Strahlung.
Klassisch könnte man annehmen, dass mit dem Eintritt eines Teilchens hinter den Schwarzschild-Radius – jener Grenze, ab der kein Teilchen oder Wellenpaket der Gravitation des Schwarzen Loches mehr entkommen kann – auch die Information über die Existenz und die Eigenschaften dieses Teilchens verloren geht. Wir sehen es ja nicht mehr; es ist aus unserer Welt verschwunden.
Doch genau hier setzt meine Überlegung an: Wenn die Raumzeit-Koordinaten eindeutig belegt sind und niemals doppelt vorkommen dürfen, dann kann die Information eines Teilchens nicht einfach verschwinden. Das Teilchen befindet sich zwar in Bewegung und durchläuft fortlaufend neue Raumzeitpunkte. Dennoch hinterlässt es in der beobachtbaren Raumzeit eine zuletzt eindeutig belegte Koordinate – den letzten Ort, an dem es sich noch außerhalb des Ereignishorizonts nachweislich befand. Diese Koordinate wird durch das Überschreiten des Ereignishorizonts nicht bedeutungslos. Sie bleibt ein physikalisch definierter Zustand der Raumzeit, unabhängig davon, ob später ein anderes Teilchen diese Stelle „nachrückend“ wieder einnimmt. Denn die Prämisse bezieht sich nicht nur auf die momentane Belegung, sondern auf die historische Eindeutigkeit der Raumzeit: Kein Objekt kann jemals dieselbe Koordinate einnehmen, ohne dass die Raumzeit diesen Übergang als eigenen physikalischen Zustand registriert.
Nebenbei: Auch das ist eine Information über das Teilchen - eben nur die des Beobachters.
Aber weiter: Genau diese zuletzt belegte Koordinate – und ihre Freigabe – muss im Rahmen der Hawking-Strahlung berücksichtigt werden. Die Hawking-Strahlung entsteht aus virtuellen Teilchenpaaren am Ereignishorizont. Wenn eines dieser Teilchen in das Schwarze Loch fällt und das andere entkommt, dann ist die Verteilung der emittierten Teilchen nicht beliebig.
Sie ist durch die Struktur der Raumzeit und durch die frei gewordene Koordinate des verschluckten Teilchens eingeschränkt.
Mit anderen Worten: Die Information des ursprünglichen Teilchens wandelt sich – durch die Mechanismen der Hawking-Strahlung – in eine Wahrscheinlichkeitsverteilung, die durch die Gesamtheit aller Teilchen des Universums rekonstruierbar ist.
Die frei gewordene Koordinate wirkt dabei wie ein „negatives Abdruckmuster“: Sie definiert, welche Konfigurationen der Hawking-Strahlung möglich sind und welche ausgeschlossen bleiben.
Die Information bleibt also erhalten, weil die Raumzeit selbst keine doppelte Belegung zulässt.
Aus der Struktur der Hawking-Strahlung, der frei gewordenen Koordinate und der Kenntnis aller beteiligten Teilchen lässt sich die Information über das „Aussehen“ und die Existenz des ursprünglichen Teilchens zurückgewinnen. Dass uns das heute noch nicht möglich ist, liegt schlicht daran, dass kein existierender Rechner groß genug wäre, die vollständige Zustandsmenge des Universums zu erfassen und auszuwerten.
Stellen wir uns nun vor, das Teilchen überschreitet nicht den Schwarzschild‑Radius, sondern tritt in eine Einstein‑Rosen‑Brücke ein – eine Faltung der Raumzeit. Auf der anderen Seite der ERB würde das Teilchen wieder in die beobachtbare Raumzeit eintreten.
Doch hier ergibt sich ein Problem: Die Koordinate, an der das Teilchen erscheinen würde, könnte bereits durch ein anderes Objekt belegt sein.
Unsere Prämisse schließt eine solche doppelte Belegung aus.
Daher muss die Raumzeit selbst einen Prozess besitzen, der diese Koordinate vor dem Eintreten des Teilchens freiräumt. Der einzige physikalisch plausible Mechanismus dafür ist Strahlung: Durch Strahlungsdruck kann eine Koordinate „neutralisiert“ werden, ohne die Prämisse zu verletzen. Das bedeutet, dass am Ausgang einer Einstein‑Rosen‑Brücke Strahlung entstehen muss, wenn die Zielkoordinate zuvor belegt war. Mit anderen Worten: Auch Wurmlöcher müssen – genau wie Schwarze Löcher – Strahlung erzeugen, um die Eindeutigkeit der Raumzeitkoordinaten zu bewahren und damit die Information zu erhalten.
Das bedeutet Strahlung ist indirekt ein Indikator für die Informationserhaltung.